Fizikia ya asili, ambayo ilikuwepo kabla ya uvumbuzi wa quantum mechanics, inaeleza asili kwa mizani ya kawaida (makroscopic). Nadharia nyingi katika fizikia ya kitambo zinaweza kubainishwa kama makadirio yanayofanya kazi kwenye mizani tuliyoizoea. Fizikia ya quantum (pia ni mechanics ya quantum) hutofautiana na sayansi ya kitamaduni kwa kuwa nishati, kasi, kasi ya angular, na viwango vingine vya mfumo uliojumuishwa ni mdogo kwa maadili tofauti (quantization). Vitu vina sifa maalum kwa namna ya chembe na kwa namna ya mawimbi (duality ya chembe za wimbi). Pia katika sayansi hii kuna mipaka ya usahihi ambayo kiasi kinaweza kupimwa (kanuni ya kutokuwa na uhakika).
Inaweza kusemwa kwamba baada ya kuibuka kwa fizikia ya quantum katika sayansi halisi, aina ya mapinduzi yalifanyika, ambayo yalifanya iwezekane kufikiria upya na kuchambua sheria zote za zamani ambazo hapo awali zilizingatiwa ukweli usiopingika. Je, hii ni nzuri au mbaya? Labda jambo zuri, kwa sababu sayansi ya kweli haipaswi kusimama tuli.
Hata hivyo, "mapinduzi ya quantum" yamekuwaaina ya pigo kwa wanafizikia wa shule ya zamani, ambao walipaswa kukubaliana na ukweli kwamba kile walichoamini hapo awali kiligeuka kuwa seti tu ya nadharia potovu na za kizamani zinazohitaji marekebisho ya haraka na kuzoea ukweli mpya.. Wanafizikia wengi walikubali kwa shauku mawazo haya mapya kuhusu sayansi inayojulikana, na kuchangia katika utafiti wake, maendeleo na utekelezaji wake. Leo, fizikia ya quantum inaweka mienendo kwa sayansi yote kwa ujumla. Ni shukrani kwake kwamba miradi ya kisasa ya majaribio (kama vile Gari Kubwa la Hadron) iliibuka.
Inafunguliwa
Ni nini kinachoweza kusemwa kuhusu misingi ya fizikia ya quantum? Hatua kwa hatua iliibuka kutoka kwa nadharia mbali mbali zilizokusudiwa kuelezea matukio ambayo hayawezi kupatanishwa na fizikia ya kitambo, kama suluhisho la Max Planck mnamo 1900 na mtazamo wake wa shida ya mionzi ya shida nyingi za kisayansi, na mawasiliano kati ya nishati na frequency katika karatasi ya 1905. na Albert Einstein, ambayo ilielezea athari za picha za umeme. Nadharia ya awali ya fizikia ya quantum ilirekebishwa kikamilifu katikati ya miaka ya 1920 na Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born na wengine. Nadharia ya kisasa imeundwa katika dhana mbalimbali maalum za hisabati. Katika mojawapo, utendaji wa hesabu (au utendakazi wa wimbi) hutupatia maelezo ya kina kuhusu ukubwa wa uwezekano wa eneo la msukumo.
Misingi ya fizikia ya quantum kwa dummies
Utafiti wa kisayansi wa wimbiKiini cha nuru kilianza zaidi ya miaka 200 iliyopita, wakati wanasayansi wakuu na wanaojulikana wa wakati huo walipendekeza, kuendeleza na kuthibitisha nadharia ya mwanga kulingana na uchunguzi wao wa majaribio. Waliita wimbi.
Mnamo 1803, mwanasayansi maarufu wa Kiingereza Thomas Young alifanya jaribio lake maarufu la mara mbili, kama matokeo ambayo aliandika kazi maarufu "Juu ya Asili ya Nuru na Rangi", ambayo ilichukua jukumu kubwa katika kuunda maoni ya kisasa kuhusu. matukio haya yanayojulikana. Jaribio hili lilichangia pakubwa katika kukubalika kwa jumla kwa nadharia hii.
Majaribio kama haya mara nyingi yanaelezwa katika vitabu mbalimbali, kwa mfano, "Fundamentals of Quantum Physics for Dummies". Majaribio ya kisasa ya kuongeza kasi ya chembe za msingi, kwa mfano, utafutaji wa kifua cha Higgs kwenye Large Hadron Collider (LHC kwa ufupi) unafanywa kwa usahihi ili kupata uthibitisho wa vitendo wa nadharia nyingi za kinadharia za quantum.
Historia
Mnamo 1838, Michael Faraday, kwa furaha ya ulimwengu mzima, aligundua miale ya cathode. Masomo haya ya kusisimua yalifuatiwa na taarifa kuhusu tatizo la mionzi, kinachojulikana kama "mwili mweusi" (1859), iliyotolewa na Gustav Kirchhoff, pamoja na dhana maarufu ya Ludwig Boltzmann kwamba majimbo ya nishati ya mfumo wowote wa kimwili pia yanaweza. kuwa tofauti (1877). Baadaye, nadharia ya quantum iliyotengenezwa na Max Planck (1900) ilionekana. Inachukuliwa kuwa moja ya misingi ya fizikia ya quantum. Dhana dhabiti ya Planck kwamba nishati inaweza kutolewa na kufyonzwa katika "quanta" ya kipekee.(au pakiti za nishati), inalingana haswa na mifumo inayozingatiwa ya mionzi ya mwili mweusi.
Albert Einstein maarufu duniani alitoa mchango mkubwa katika fizikia ya quantum. Akivutiwa na nadharia za quantum, aliendeleza yake mwenyewe. Nadharia ya jumla ya uhusiano - ndivyo inaitwa. Ugunduzi katika fizikia ya quantum pia uliathiri ukuzaji wa nadharia maalum ya uhusiano. Wanasayansi wengi katika nusu ya kwanza ya karne iliyopita walianza kusoma sayansi hii kwa maoni ya Einstein. Alikuwa mstari wa mbele wakati huo, kila mtu alimpenda, kila mtu alikuwa na hamu naye. Haishangazi, kwa sababu alifunga "mashimo" mengi sana katika sayansi ya asilia (hata hivyo, pia aliunda mapya), alitoa uhalali wa kisayansi wa kusafiri kwa wakati, telekinesis, telepathy na ulimwengu sambamba.
Jukumu la mwangalizi
Tukio au hali yoyote inategemea mwangalizi moja kwa moja. Kawaida, hii ndio jinsi misingi ya fizikia ya quantum inavyoelezewa kwa ufupi kwa watu ambao wako mbali na sayansi halisi. Hata hivyo, ukweli ni mgumu zaidi.
Hii inalingana kikamilifu na mila nyingi za uchawi na kidini ambazo zimesisitiza kwa karne nyingi juu ya uwezo wa watu kuathiri matukio yanayowazunguka. Kwa namna fulani, huu pia ndio msingi wa maelezo ya kisayansi ya mtazamo wa ziada, kwa sababu sasa taarifa kwamba mtu (mtazamaji) anaweza kuathiri matukio ya kimwili kwa nguvu ya mawazo haionekani kuwa ya upuuzi.
Kila hali ya tukio au kitu kinachozingatiwa inalingana naeigenvector ya mwangalizi. Ikiwa wigo wa opereta (mtazamaji) ni tofauti, kitu kinachozingatiwa kinaweza tu kufikia eigenvalues tofauti. Hiyo ni, kitu cha uchunguzi, pamoja na sifa zake, imedhamiriwa kabisa na mwendeshaji huyu huyu.
Misingi ya fizikia ya quantum katika maneno changamano
Tofauti na mechanics ya kawaida ya kawaida (au fizikia), mtu hawezi kufanya ubashiri kwa wakati mmoja wa viambatisho vya kuunganisha kama vile nafasi na kasi. Kwa mfano, elektroni zinaweza (kwa uwezekano fulani) kuwekwa takriban katika eneo fulani la nafasi, lakini nafasi yao halisi ya kihisabati haijulikani.
Mizunguko ya msongamano wa uwezekano usiobadilika, mara nyingi hujulikana kama "mawingu", inaweza kuchorwa karibu na kiini cha atomi ili kubaini mahali ambapo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana. Kanuni ya Kutokuwa na uhakika ya Heisenberg inathibitisha kutokuwa na uwezo wa kupata chembe kwa usahihi kutokana na kasi yake ya kuunganisha. Baadhi ya miundo katika nadharia hii ina tabia dhahania ya kimahesabu na haimaanishi thamani iliyotumika. Hata hivyo, mara nyingi hutumiwa kuhesabu mwingiliano tata katika kiwango cha chembe za subatomic na mambo mengine ya hila. Kwa kuongezea, tawi hili la fizikia liliruhusu wanasayansi kudhani uwezekano wa uwepo wa kweli wa walimwengu wengi. Labda tutaweza kuwaona hivi karibuni.
Vitendaji vya wimbi
Sheria za quantum physics ni nyingi sana na ni tofauti. Wanaingiliana nadhana ya kazi za wimbi. Baadhi ya kazi maalum za mawimbi huunda kuenea kwa uwezekano ambao kwa asili ni wa kudumu au huru wa wakati, kwa mfano, wakati katika hali ya utulivu wa nishati, wakati unaonekana kutoweka kwa heshima na kazi ya wimbi. Hii ni moja ya athari za fizikia ya quantum, ambayo ni ya msingi kwake. Jambo la kushangaza ni kwamba hali ya wakati imerekebishwa kwa kiasi kikubwa katika sayansi hii isiyo ya kawaida.
Nadharia ya kupotosha
Hata hivyo, kuna njia kadhaa za kuaminika za kutengeneza suluhu zinazohitajika ili kufanya kazi kwa kutumia fomula na nadharia katika fizikia ya quantum. Njia moja kama hiyo, inayojulikana kama "nadharia ya kupotosha", hutumia matokeo ya uchanganuzi kwa modeli ya kimsingi ya kifundi ya quantum. Iliundwa kuleta matokeo kutoka kwa majaribio ili kukuza kielelezo ngumu zaidi ambacho kinahusiana na mfano rahisi. Hivi ndivyo urudiaji unakuwa.
Mtazamo huu ni muhimu hasa katika nadharia ya quantum chaos, ambayo ni maarufu sana kwa kufasiri matukio mbalimbali katika uhalisia wa hadubini.
Sheria na sheria
Sheria za quantum mechanics ni za msingi. Wanadai kwamba nafasi ya kupelekwa kwa mfumo ni ya msingi kabisa (ina bidhaa ya nukta). Taarifa nyingine ni kwamba athari zinazozingatiwa na mfumo huu ni wakati huo huo waendeshaji wa kipekee ambao huathiri vekta katika njia hii. Walakini, hazituelezi ni nafasi gani ya Hilbert au waendeshaji wapowakati huu. Wanaweza kuchaguliwa ipasavyo ili kutoa maelezo ya kiasi cha mfumo wa quantum.
Maana na athari
Tangu mwanzo kabisa wa sayansi hii isiyo ya kawaida, vipengele vingi vya kupinga angavu na matokeo ya utafiti wa mechanics ya quantum yameibua mijadala mikubwa ya kifalsafa na tafsiri nyingi. Hata maswali ya kimsingi, kama vile sheria za kukokotoa ukubwa na usambaaji mbalimbali, yanastahili heshima kutoka kwa umma na wanasayansi wengi mashuhuri.
Richard Feynman, kwa mfano, aliwahi kusema kwa huzuni kwamba hakuwa na uhakika hata kidogo kwamba mwanasayansi yeyote alielewa mechanics ya quantum hata kidogo. Kulingana na Steven Weinberg, kwa sasa hakuna tafsiri moja ya mechanics ya quantum ambayo ingefaa kila mtu. Hii inaonyesha kwamba wanasayansi wameunda "monster", kuelewa kikamilifu na kuelezea kuwepo kwa ambayo wao wenyewe hawawezi. Walakini, hii haidhuru umuhimu na umaarufu wa sayansi hii kwa njia yoyote, lakini inavutia wataalamu wachanga ambao wanataka kutatua shida ngumu na zisizoeleweka.
Mbali na hilo, quantum mechanics imelazimisha kusahihishwa kamili kwa malengo ya sheria za asili za Ulimwengu, ambayo ni habari njema.
Tafsiri ya Copenhagen
Kulingana na tafsiri hii, ufafanuzi wa kawaida wa sababu unaojulikana kwetu kutoka kwa fizikia ya zamani hauhitajiki tena. Kwa mujibu wa nadharia za quantum, causality kwa maana ya kawaida kwetu haipo kabisa. Matukio yote ya mwili ndani yao yanaelezewa kutoka kwa mtazamo wa mwingiliano wa msingi mdogo zaidichembe katika ngazi ya subatomic. Eneo hili, licha ya kuonekana kuwa haliwezekani, ni la kufurahisha sana.
Saikolojia ya kiasi
Ni nini kinachoweza kusemwa kuhusu uhusiano kati ya fizikia ya quantum na ufahamu wa binadamu? Hii imeandikwa kwa uzuri katika kitabu kilichoandikwa na Robert Anton Wilson mwaka 1990 kiitwacho Quantum Psychology.
Kulingana na nadharia iliyoelezwa katika kitabu, michakato yote inayotokea katika ubongo wetu inatokana na sheria zilizoelezwa katika makala haya. Hiyo ni, hii ni aina ya jaribio la kurekebisha nadharia ya fizikia ya quantum kwa saikolojia. Nadharia hii inachukuliwa kuwa ya kisayansi na haitambuliwi na jumuiya ya wasomi.
Kitabu cha Wilson kinajulikana kwa ukweli kwamba anatoa ndani yake seti ya mbinu na mazoea mbalimbali ambayo zaidi au kidogo yanathibitisha nadharia yake. Kwa njia moja au nyingine, msomaji lazima ajiamulie mwenyewe ikiwa anaamini au kutoamini uwezekano wa majaribio kama haya ya kutumia mifano ya hisabati na ya kimwili kwa wanadamu.
Kitabu cha Wilson kilionekana na wengine kama jaribio la kuhalalisha fikra za kimafumbo na kukifungamanisha na michanganyiko mipya iliyothibitishwa kisayansi. Kazi hii isiyo ya kawaida na ya kushangaza imekuwa ikihitajika kwa zaidi ya miaka 100. Kitabu kinachapishwa, kutafsiriwa na kusomwa kote ulimwenguni. Nani anajua, labda kwa maendeleo ya quantum mechanics, mtazamo wa jumuiya ya wanasayansi kuelekea saikolojia ya quantum pia utabadilika.
Hitimisho
Shukrani kwa nadharia hii ya ajabu, ambayo hivi karibuni ikawa sayansi tofauti, tuliweza kuchunguza mazingira.ukweli katika kiwango cha chembe za subatomic. Hiki ndicho kiwango kidogo kuliko vyote vinavyowezekana, kisichoweza kufikiwa kabisa na mtazamo wetu. Kile ambacho wanafizikia walijua hapo awali kuhusu ulimwengu wetu kinahitaji marekebisho ya haraka. Hakika kila mtu anakubaliana na hili. Ikawa dhahiri kwamba chembe tofauti zinaweza kuingiliana kwa umbali usiofikirika kabisa, ambao tunaweza tu kuupima kwa fomula changamano za hisabati.
Zaidi ya hayo, mechanics ya quantum (na fizikia ya quantum) imethibitisha uwezekano wa ukweli mwingi sawia, kusafiri kwa wakati na mambo mengine ambayo katika historia yalizingatiwa tu kuwa hadithi za kisayansi. Bila shaka huu ni mchango mkubwa sio tu kwa sayansi, bali pia kwa mustakabali wa wanadamu.
Kwa wapenda picha ya kisayansi ya ulimwengu, sayansi hii inaweza kuwa rafiki na adui. Ukweli ni kwamba nadharia ya quantum hufungua fursa pana kwa uvumi mbalimbali juu ya mada ya parascientific, kama ilivyoonyeshwa tayari katika mfano wa mojawapo ya nadharia mbadala za kisaikolojia. Baadhi ya wachawi wa kisasa, wasomi na wafuasi wa mienendo mbadala ya kidini na kiroho (mara nyingi wanasaikolojia) wanageukia miundo ya kinadharia ya sayansi hii ili kudhibitisha busara na ukweli wa nadharia zao za fumbo, imani na mazoea.
Hii ni kisa ambacho hakijawahi kushuhudiwa, wakati dhana rahisi za wananadharia na fomula dhahania za kihesabu zilisababisha mapinduzi ya kweli ya kisayansi na kuunda sayansi mpya iliyovuka kila kitu kilichojulikana hapo awali. Katika baadhishahada, fizikia ya quantum imekanusha sheria za mantiki ya Aristotle, kwa kuwa imeonyesha kwamba wakati wa kuchagua "ama-au" kuna mbadala moja zaidi (na labda kadhaa).
